再付着層における高密度プラズマ中の原子分子素過程の影響

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プラズマに面した材料においては、プラズマ粒子が衝突することによる材料の損耗(エロージョン)が問題となる。プラズマ中に飛び出した材料原子ないし分子はプラズマにおいて主に電子と衝突することにより解離、電離する。電離されたイオンは再び材料表面に蓄積することが考えられる(再付着)。この損耗ー再付着量を正しく評価することは、材料の寿命の点からも重要である。しかし、再付着プロセスの正しい評価はまだ行われていない。そのためには壁近傍の境界プラズマ中における損耗粒子の挙動を正しく記述しなければならない。このことを明らかにするために、まず高密度プラズマを生成する装置(MAP)を作った。水素(H_2)、アルゴン(Ar)プラズマが可能であり、温度は数eVであるが、密度は10^<19>m^<-3>まで可能であり、材料への入射フラックスは10^<23>m^<-2>s^<-1>と大きい。当装置の特性を明らかにした後、黒鉛材料を用いて、損耗再付着実験を行った。また、境界プラズマ中における黒鉛原子のイオン化と再付着(付着係数を1.0とする)を考えたモデルによる計算結果とも比較した。その結果、Arプラズマの場合比較的良い両者の一致をみたが、水素プラズマでは、1桁位の差があった。これは、水素プラズマの場合には化学スパッタリングの寄与が重要であり、炭化水素の解離、イオン化過程も取り込まなくてはいけないとともに、イオン化炭化水素の付着率を正しく評価しなくてはいけないことによると考えられた。この研究を更に進めるために、境界プラズマ中での炭素、炭化水素の発光測定システムを付置し、これによって境界プラズマ中での原子、分子挙動を詳しく研究できる見通しが得られた。